ملخص
واقترح الدور السببي للطفرات في عدة عوامل النسخ العام في الاضطرابات العصبية النمائية بما في ذلك مرض التوحد أن إحداث تغييرات في مستويات العالمية للتنظيم التعبير الجيني قد تتعلق أيضا لمخاطر المرض في حالات متفرقة من مرض التوحد. هذه الفرضية يمكن اختبارها من خلال تقييم لإجراء تغييرات في التوزيع العام للمستويات التعبير الجيني. على سبيل المثال، في الفئران، وارتبط التغير في السلوكيات التي تعتمد على قرن آمون مع التغير في نمط التوزيع العام للمستويات التعبير الجيني، وفقا لتقييم التباين في توزيع مستويات التعبير الجيني في قرن آمون. افترضنا أن تغييرا مماثلا في التباين قد تكون موجودة في الأطفال الذين يعانون من التوحد. وقد أجريت ميكروأرس التعبير الجيني التي تغطي أكثر من 47،000 نسخ الرنا RNA فريدة من نوعها على من الخلايا الليمفاوية الدموية المحيطية (PBL) من الأطفال الذين يعانون من التوحد (ن = 82) والضوابط (ن = 64). ومقارنة التباين في توزيع مستويات التعبير الجيني من كل ميكروأري بين مجموعات من الأطفال. اختبار أيضا هو ما إذا كان أحد عوامل الخطر لمرض التوحد، وزيادة سن الأب، كان مرتبطا مع التباين. وارتبط انخفاض في التباين في توزيع مستويات التعبير الجيني في PBL مع تشخيص مرض التوحد وعوامل الخطر لمرض التوحد، وزيادة سن الأب. واقترح المناهج التقليدية لتحليل ميكروأري التعبير الجيني آلية ممكنة لتباين انخفضت في التعبير الجيني. مسارات التعبير الجيني تشارك في تنظيم النسخي تم تنظيم أسفل في دم الأطفال المصابين بمرض التوحد والأطفال من الآباء الأكبر سنا. وهكذا، كانت النتائج من مناهج محددة العالمية والجينات لدراسة البيانات ميكروأري مجانية ودعمت فرضية أن التعديلات على المستوى العالمي من الجينات تنظيم التعبير ترتبط بمرض التوحد وزيادة سن الأب. التنظيم العالمي من النسخ، وبالتالي، يمثل نقطة ممكنة من التقارب لمسببات متعددة من مرض التوحد والاضطرابات النمائية العصبية الأخرى.
الأرقام
الاقتباس: تغيير MD، Kharkar R، رمزي KE، كريغ DW، Melmed RD، الغطاس TA، وآخرون. (2011) للتوحد وزيادة الأب العمر التغييرات المرتبطة في المستويات العالمية لتنظيم التعبير الجيني. بلوس وان 6 (2): e16715. دوى: 10.1371 / journal.pone.0016715
المحرر: جوانا بريدجر، جامعة برونيل، المملكة المتحدة
وردت: 6 أكتوبر 2010؛
المقبولة: 20 ديسمبر 2010،
تاريخ النشر: 17 فبراير 2011
حقوق النشر: © 2011 ألتر وآخرون. هذا هو مقال الوصول المفتوح زعت بموجب شروط رخصة المشاع الإبداعي العزو، الذي يسمح بالاستخدام غير المقيد، والتوزيع، والاستنساخ في أي وسيط، بشرط تقيد المؤلف الأصلي والمصدر.
التمويل: دعم البحوث: تم دفع راتب الدكتور ألتر في جزء من خلال جائزة NARSAD الباحث الصغير
(http://www.narsad.org/؟q=node/124/apply_for_grants/124)؛ جمع العينات ومعالجتها، ميكروأرس، ودعم رواتب المقدمة من خلال منحة من ولاية أريزونا. كان الممولين أي دور في تصميم الدراسة وجمع البيانات وتحليلها، قرار نشر أو إعداد المخطوطة.
تضارب المصالح: قد أعلن المؤلفان أن لا المصالح المتنافسة موجودة.
تقديم
التوحد هو اضطراب النمو العصبي الشديد مع العجز الاجتماعي والتواصل مميزة والسلوكيات الشعائرية أو المتكررة التي تظهر قبل سن الثالثة. وقد اقترحت العديد من المسببات وتم تحديد عوامل الخطر عديدة
[1]. على الرغم من ويرتبط التوحد مع وجود درجة عالية من التوريث، وقد تم تحديد بعض الطفرات الجينية المحددة يمثل أقلية من الحالات
[2]، [3]، [4]، [5]، [6]، في حين أن الغالبية العظمى من الحالات تعتبر متفرقة. ويعزى الفشل في تحديد متغيرات جينية معينة لمعظم حالات التوحد للعديد من العوامل المحتملة بما في ذلك التفاعلات المعقدة للجينات متعددة، وهو اضطراب غير المتجانسة ذات أسباب متعددة تتلاقى على النمط الظاهري يعانون من التوحد، أو عوامل جينية لا علاقة لها طفرات جينية محددة أو الأشكال
[ 2]، [3]. تم تأكيد أي من هذه الفرضيات وأنها لا يتعارضان.
بحث في التعبير الجيني في مرض التوحد وركزت في السابق على تحديد محددة أو مجموعة محدودة من الجينات المرتبطة بمرض
[7]، [8]، [9]. وكانت فكرة أن التعديلات على المستوى العالمي من الجينات تنظيم التعبير قد يكون مهما في التوسط في خطر لمرض التوحد أو الحالات المرضية الأخرى اكتشافها بعد إلى حد كبير. دعم أهمية محتملة للتنظيم العالمي للالتعبير الجيني في الاضطرابات العصبية النمائية، وجدت الدراسات الجينية أن الطفرات في الجينات التي تكود للمنظمين العالمية في التعبير الجيني ارتبطت الاضطرابات العصبية النمائية بما في ذلك مرض التوحد
[5]، [6]. اقترح الدراسات الدوائية أيضا أن استهداف مستويات عالمية من الجينات تنظيم التعبير يمكن أن تؤثر النمو العصبي. على سبيل المثال، فالبروات، مثبط هيستون deacetylase (HDACi)، هو دواء يستخدم عادة في علاج النوبات، واضطرابات الصحة العقلية، والسرطان التي تؤثر المستويات العالمية للتنظيم التعبير الجيني من خلال الآليات القائمة لونين. عندما تعطى أثناء الحمل، يمكن أن فالبروات يؤثر سلبا على النمو العصبي في القوارض وتسبب مرض التوحد لدى البشر
[10]، [11]، [12]، [13]. وهكذا، تشير الدراسات الجينية على حد سواء والدوائية يمكن إحداث تغييرات في مستويات عالمية من الجينات تنظيم التعبير تتداخل مع النمو العصبي الطبيعي. وقد أظهرت دراسات إضافية من مختلف مثبطات HDAC في القوارض التي مثبطات HDAC قد تعمل عن طريق تغيير مستويات اللدونة متشابك، وفي هذا السياق تم استخدام مثبطات HDAC لتعديل التعلم والذاكرة والسلوك العاطفي يسلط الضوء على الآثار المحتملة عديد المظاهر استهداف مستويات عالمية من الجينات تنظيم التعبير
[14]، [15]، [16]، [17]، [18]، [19].
معالجة أثر التقلبات في مستويات عالمية من الجينات تنظيم التعبير على النمو العصبي لدى الفئران، ونحن ذكرت مؤخرا أن نمط توزيع مستويات التعبير الجيني، وفقا لتقييم التباين في التوزيع، التنبؤ بدقة سلوك الماوس في الحيوانات متطابقة وراثيا. على وجه التحديد، وجدنا أن زيادة التباين في توزيع الكلي للمستويات التعبير الجيني في الحصين وتوقع زيادة مستويات استكشاف حقل مفتوح، وهو السلوك تعتمد الحصين. التدخلات جينية التنموية التي تعديل التباين في توزيع التعبير الجيني في قرن آمون أيضا تعديل السلوك الماوس جنبا إلى جنب
[20].
في الدراسة الحالية، كنا استراتيجيتنا المحددة سابقا من دراسة النمط العام لتوزيع التعبير الجيني لاختبار فرضية أن التوحد من شأنه أن تترافق مع تغيرات في مستويات العالمية للتنظيم التعبير الجيني. للقيام بذلك، قارنا هذا النمط من التوزيع التعبير الجيني، وفقا لتقييم التباين في مجموع التوزيع التعبير الجيني، في دم الأطفال المصابين بالتوحد والضوابط (التخطيطي في
الشكل 1). وعلاوة على ذلك، لأن الدراسات المتعددة المرتبطة زيادة سن الأب مع زيادة معدلات التوحد والاضطرابات النمائية العصبية الأخرى
[21]، [22]، [23]، [24]، [25]، [26]، [27]، [28]، أجرينا تحليلا ثانويا لمعالجة فرضية أن سن الأب أن تترافق مع تغييرات في نمط توزيع التعبير الجيني. أخيرا، استخدمنا الأساليب التقليدية لتحليل التعبير الجيني لدراسة لمسارات البيولوجية التي قد تكون مرتبطة سببيا للتغيرات مستويات عالمية من تنظيم التعبير الجيني.
تحميل:
الشكل 1. تخطيطي لتحديد المنظمة على نطاق واسع في التعبير الجيني في دم الأطفال المصابين بالتوحد والضوابط.
يعرض الشكل الخطوات المستخدمة لتقييم المنظمة على نطاق واسع في التعبير الجيني في دم الأطفال المصابين بالتوحد والضوابط. وتنقيته اللمفاويات في الدم المحيطي من دم الأطفال المصابين بمرض التوحد (ن = 82) أو الضابطة (ن = 64). تم استخراج الحمض النووي الريبي مجموع للتجارب ميكروأري Affymetrix مع U133 الإنسان زائد 2.0 3 'صفائف التعبير. وكانت مجموعة البيانات المجهزة مسبقا وخصت باستخدام Affymetrix ميكروأري تحليل جناح 5.0 (MAS 5.0) للحصول على 54675 مستويات التعبير عن ما يقرب من 47000 النصوص الفريدة بما في ذلك ما يقرب من 38500 الجينات البشرية. تم log2 مستويات التعبير حولت وتم تحديد تباين log2 مستويات التعبير تحويلها.
دوى: 10.1371 / journal.pone.0016715.g001
وافق مجلس المراجعة المؤسسية الغربية جميع جوانب البروتوكول الحالي المتعلقة بالكائن البشري بما في ذلك الموافقة المسبقة الخطية وجدت أن أجريت البحوث وفقا للمبادئ الواردة في إعلان هلسنكي. وكانت جميع المواد الدراسية من الذكور. تم تجنيدهم Probands وضوابط كل من منطقة فينيكس عبر البريد قاعدة بيانات لprobands وعبر النشرات الكشفية، والكنيسة، والمجموعات الرياضية لعناصر. توجه الدم من أجل أجريت جميع المواد بين ربيع وصيف عام 2004. الأطفال المصابين بالتوحد لديهم تشخيص التوحد من قبل المهنية الطبية (طبيب أطفال تنموي، علم النفس، أو طبيب نفساني الطفل) وفقا لمعايير DSM-IV، وتأكيد التشخيص بواسطة ADOS
[29] ومعايير ADI-R
[30]. وتضمنت معايير الاستبعاد تاريخ ما قبل الولادة كبير (الخداج <35 أسبوعا، النزف داخل البطيني، والاختناق الشديد، أو الشلل الدماغي)، شذوذ خطير CNS، أو اضطراب وراثي أو التمثيل الغذائي المعروفة. في محاولة للحصول على السكان متجانسة من الأطفال الذين يعانون من التوحد، تم استبعاد أشكال غير تقليدية من مرض التوحد، بما في ذلك مرض التوحد مع الانحدار ومتلازمة اسبرجر، وهو شكل أداء أعلى من التوحد حيث الأفراد لديهم المهارات اللغوية ضمن المعدل الطبيعي. وبالإضافة إلى ذلك، كان كل موضوع تحليل الطبيعي كروموسوم عالية الدقة، والهشة اختبار X DNA سلبي. أدرجت 82 طفلا يعانون من مرض التوحد و64 طفلا تحكم في الدراسة. كانت درجات معدل الذكاء لم تفعل لهذه الدراسة، ولكن لم كل الأفراد لديهم ضعف أظهر في اللغة كجزء من معايير التشخيص. لتحليل ثانوي لدينا، وكانت أعمار الأب المتاحة ل78 طفلا يعانون من مرض التوحد و 57 الضوابط. وكانت مجموعة من الأطفال المصابين بالتوحد الأصغر سنا بكثير من المجموعة الضابطة (التوحد: متوسط - 5.5 سنوات SD - 2.1، والسيطرة: متوسط - 7.9 SD - 2.2، P <0.0001). كان عمر الأب مماثل بين المجموعات. كان مجتمع الدراسة قوقازي في المقام الأول وعدم وجود فروق في مستوى المجموعة الإثنية.
تم إجراء التنميط التعبير بالحركة في الجينوم (TGen)، وهو عضو في NIMH علم الأعصاب ميكروأري اتحاد. تم استخراج الحمض النووي الريبي مجموع من الخلايا الليمفاوية الدموية المحيطية (PBL) في غضون 30 دقيقة من سحب الدم باستخدام عدة QIAGEN Qiaquick (جيرمانتاون، MD). كان الحمض النووي الريبي مجموع معزولة جولة مزدوجة تضخيمها، وتنظيفها، والمسمى البيوتين باستخدام Affymetrix في GeneChip اثنين من دورة الهدف صفها مجموعة (سانتا كلارا، كاليفورنيا) مع المروج T7 وAmbion في MEGAscript T7 عالية الإنتاجية النسخ مجموعة (أوستن، TX) وفقا لبروتوكول الشركة المصنعة . تضخيم وكميا كرنا المسمى على معمل وتعمل على 1٪ هلام TAE للتحقق من مجموعة موزعة بالتساوي من أحجام النص. تم تجزئة عشرين ميكروغرام من كرنا إلى حوالي 35-200 بي بي عن طريق العلاج القلوية (200 ملي تريس، خلات، ودرجة الحموضة 8.2، 500 مم KOAc، 150 ملي MgOAc) وتشغيلها على 1٪ TAE جيل للتحقق من التشرذم. وأدلى زجاجات التهجين منفصلة باستخدام 15 ميكروغرام من كرنا مجزأة من كل عينة وفقا لبروتوكول Affymetrix ل.
مائتي ميكرولتر (تحتوي على 10 ميكروغرام من كرنا مجزأة) لكل كوكتيل تم تهجين بشكل منفصل إلى 2.0 صفيف الجينوم Affymetrix الإنسان U133 زائد لمدة 16 ساعة عند 45 درجة مئوية في فرن التهجين 640. وAffymetrix الجينوم البشري صالحة قياس التعبير أكثر من 47000 محاضر والمتغيرات، بما في ذلك 38،500 الجينات البشرية تميزت. تم غسلها صفائف على محطة Affymetrix في GeneChip Fluidics 450 باستخدام فيكوإيريترين streptavidin الأساسي (SAPE) صمة عار، والمعقدة البيروكسيديز اللاحقة الضد وصمة عار، وصمة عار SAPE الثانوية. تم مسحها ضوئيا صفائف على Affymetrix GeneChip في الماسح الضوئي 3000 7G مع الملقم الآلي. الصور الممسوحة ضوئيا التي حصل عليها Affymetrix GeneChip برنامج التشغيل استخدمت (GCOS) V1.2 لاستخراج قيم الكثافة إشارة الخام في التحقيق تعيين على صفيف. تم استخدام عامل التحجيم من 150 لتطبيع مجموعة كثافة الإشارة في MAS 5.0.
تم مسحها صفائف أكثر من 1 يوم 2 أجهزة مختلفة. واعتبرت صفائف مسحها ضوئيا على نفس الجهاز وبنفس اليوم لتكون من نفس دفعة المسح الضوئي. وأشارت إعادة تفحص عدد محدود من عينات أنه لا توجد فروق ذات دلالة إحصائية بين الأجهزة، مع ذلك، لكانت متوازنة جميع الفئات مقارنات لدفعة المسح الضوئي. لم يعدل مستويات التعبير الجيني للآثار دفعة ممكنة كما الخوارزميات التي تحاول ضبط آثار دفعة أيضا تغيير التوزيع التعبير الجيني. عندما لا يمكن هيأهم العينات في وقت واحد كانت متوازنة لعضوية المجموعة (التوحد مقابل السيطرة). لإحصائية التحكم ليفند المحتملة المتعلقة مسح دفعات في تحليلنا للالتعبير الجيني التباين، تم إدخال رقم الدفعة إلى تحليل التباين. للتحليل التقليدي في التعبير الجيني، كانت متوازنة المجموعات التجريبية فيما يتعلق عضوية دفعة واحدة.
تحليل البيانات ميكروأري
تم استيراد ملفات Affymetrix .cel إلى Affymetrix التعبير وحدة التحكم الإصدار 1.1. تم معالجتها قبل البيانات وتلخيصها من قبل ميكروأري تحليل جناح (MAS) 5.0 وقوية تحليل Multiarray (RMA). لتحليل التوزيعات التعبير الجيني، وكان يستخدم MAS 5.0 لأن خوارزمية لا يغير من توزيع التعبير الجيني، في حين RMA يستخدم تطبيع quantile تحقيقات سابقة لتلخيص، وبالتالي لديه القدرة على إزالة الخلافات مستوى المجموعة في توزيعات التعبير الجيني . لأن من مزايا عديدة في تعاملها مع الضوضاء في قياس مستويات التعبير الجيني والطرح الخلفية، كان يستخدم RMA للتعبير الجين التقليدي تحليلات يبحث عن الخلافات التعبير الجيني محددة بين المجموعات. أنه تم العثور على الاختلافات مستوى المجموعة في توزيع مستويات التعبير الجيني بين الجماعات، كما تم تطبيع مستويات التعبير الجيني quantile بعد خطوة تلخيص للتعبير الجين التقليدي تحليلات. التطبيع Quantile يعدل عن مجموعات البيانات مثل أن لديهم أنماط التوزيع متطابقة. ثم تم تصفيتها مجموعات التحقيق لتلك التي كانت تسمى في الوقت الحاضر لا يقل عن 50 من أصل 146 شخصا (مجموعات ن = 25146 التحقيق). واستخدم ف قيمة 0.05 كعتبة للأهمية. تم استخدام أضعاف تغيير 1.1 بمثابة قطع لحجم التغيير. اجتمع كل ميكروأرس المصنعين أوصى معايير مراقبة الجودة. وتراوحت المكالمات الحالية من 37.4٪ إلى 49٪، يعني 43.7٪، SD 2.7٪. وتراوحت نسب 3'to5 الأكتين '0،726-5،15، mean1.37، SD 0.5. لم تكن هناك فروق ذات دلالة إحصائية في مستوى المجموعة تدابير مراقبة الجودة.
التباين في توزيع مستويات التعبير الجيني
كان التباين في توزيع مستويات التعبير الجيني المقياس الأساسي المستخدم في هذه الدراسة. قياس التباين الكلي بضغط البيانات من مستويات التعبير من 54675 مجموعات التحقيق تغطي ما يقرب من 47،000 محاضر فريدة من نوعها بما في ذلك 38،500 الجينات البشرية على صفيف Affymetrix الإنسان HG-U133 في متغير واحد. لقد وجدنا سابقا أن التباين العام في مستويات التعبير الجيني في قرن آمون من الفئران التنبؤ بدقة سلوك تعتمد على قرن آمون
[20]. لحساب التباين الكلي، وlog2 مستويات التعبير الجيني لجميع مجموعات مسبار 54675 على صفيف Affymetrix الإنسان HG-U133 تحويلها. تم حساب التباين في log2 مستويات التعبير تتحول في جميع مجموعات مسبار 54675 في توزيع الكلي حيث بلغ متوسط مربعات الانحرافات عن المتوسط.
DAVID (david.abcc.ncifcrf.gov) ظيفية الشرح المعلوماتية الحيوية ميكروأري تحليل
[31]، [32] كانت تستخدم لتقييم القوائم الجين عن المظاهر البيولوجية المخصب. تم تحميل قائمة الخلفية المستعمل الموردة الذي يتألف من قائمة من كافة مجموعات التحقيق التي كانت تسمى الحاضر من خلال Affy MAS 5.0 في لا يقل عن 50 من 146 شخصا (ن = 25146). التقى قوائم مجموعات التحقيق هامة المعايير التالية: موجودة في لا يقل عن 50 الموضوعات، ف <0.05، وتغير أضعاف المطلق ما لا يقل عن 1.1 أضعاف.
لقد وجدنا اختلافات كبيرة في التباين في التعبير الجيني بين الأطفال الذين يعانون من التوحد والضوابط. عند النظر سن الأب الأب السيطرة تبين هو أن التباين في التعبير الجيني للأطفال المصابين بالتوحد فقط تختلف اختلافا كبيرا من الأطفال من الآباء الأصغر سنا. بالإضافة إلى ذلك، وجدنا أن التباين في التعبير الجيني يختلف بشكل كبير بين الأطفال لآباء كبار السن والأطفال من الآباء الأصغر سنا. للتحقق من صحة هذه النتائج يمكننا تقسيم مجموعات البيانات لدينا إلى 6 مجموعات فرعية للسماح للداخل "تكرار" الدراسة. في جميع الحالات مجموعات فرعية من نفس النوع (مثل التوحد، والد أصغر سنا، والد السن) كانت متوازنة على قدم المساواة لعمر الأب دفعة والمسح الضوئي. وكانت مجموعات المصادقة على النحو التالي: Autism1 (ن = 41)، Autism2 (ن = 41)، والسيطرة على father1 الشباب (ن = 14)، والسيطرة على father2 الشباب (ن = 14)، والسيطرة على father1 من العمر (ن = 14)، Control قديم father2 (ن = 14)، مراقبة 1 (ن = 28 - مزيج من السيطرة father1 الشباب والسيطرة father1 من العمر)، والرقابة 2 (ن = 28 - مزيج من السيطرة father2 الشباب والسيطرة father2 من العمر)
(الرقم S1 والجدول S1) .
من أجل تقييم التغيرات في التعبير الجيني التباين في استجابة عالميا لاستهداف النسخ، ونحن تحميل مجموعة بيانات متاحة علنا حيث تم مقارنة فئة جديدة من مثبطات النسخ، sappyrins، لأكتينوميسين D. الدراسة ميكروأري تحليل التعبير الجيني في A549 الرئة البشرية الخلايا السرطانية التي كانت تعامل مع مثبطات النسخي
[33]: [أكتينوميسين D (5 ميكروغرام / مل)، sapphyrin (منخفض - 1.5 أم)، sapphyrin (عالي - 2.5 أم)، أو مانيتول (5٪) كوسيلة لمراقبة]. تم تحميل الملفات سيل من التعبير الجيني الجامع
(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo) قاعدة بيانات عامة. كانت المجهرية المستخدمة في الدراسة النسخ المانع نفسها المستخدمة في الدراسة الحالية، Affymetrix الجينوم البشري U133 زائد 2.0 صفيف. تمت معالجة ما قبل البيانات ميكروأري وتلخيص كما هو موضح أعلاه باستخدام وحدة التحكم التعبير وخوارزمية MAS 5.0.
استخدمت JMP8 والبرمجيات Statview (SAS، كاري، NC) للتحليلات الإحصائية. يتم سرد التحليلات الإحصائية المستخدمة في الدراسة أدناه.
اختبارات الحياة الطبيعية
لتحديد ما إذا كانت الاختبارات المعلمية المناسبة، تم إجراء اختبار شابيرو-ويلك للتدابير رئيسية هي: التباين في التعبير الجيني وسن الأب. عندما تقييمها عبر كافة مراحل الدراسة أو في جميع الضابطة، ولم توزع عادة التباين في التعبير الجيني، ولكن تم توزيع عادة في غضون المجموعات التجريبية: 1) مرض التوحد، 2) أطفال الآباء كبار السن، و3) الأطفال من الآباء الأصغر سنا. تم توزيع عمر الاب عادة عبر السكان الدراسة بأكملها وداخل المجموعات التجريبية ذات الصلة: 1) مرض التوحد و2) ضوابط. وبناء على هذه التحليلات من الحياة الطبيعية، استخدمت الاختبارات المعلمية عند الاقتضاء.
معامل ارتباط بيرسون (ص)
يعرف معامل ارتباط بيرسون (ص) بين اثنين من المتغيرات مثل التباين اثنين من المتغيرات مقسوما على المنتج من انحرافاتها المعيارية. مربع من معامل ارتباط بيرسون (R 2) تقدر نسبة التباين في المتغير التابع (على سبيل المثال التباين الكلي) الذي استأثرت به متغير مستقل (مثل سن الأب). وقد استخدم التحول فيشر لحساب القيمة ص من ص بيرسون. لتحليلاتنا رأيناها على القيمة p من 0.05 إلى تكون ذات دلالة إحصائية.
رتبة ارتباط سبيرمان (رو)
رتبة ارتباط سبيرمان يقيم جيدا كيف يمكن وصف العلاقة بين متغيرين باستخدام دالة رتيبة. يتم استخدامها لتقييم العلاقة بين المتغيرات 2 عندما لا يتم توزيع البيانات بشكل طبيعي.
T-اختبارات الطلاب المفردة ل
يقارن مجموعتين من البيانات الموزعة عادة لاختبار ما إذا كانت وسائل توزيعات مختلفة. تمثل القيمة ص احتمال أن توزيعات مختلفة في الواقع. لتحليلاتنا رأيناها على القيمة p من 0.05 إلى تكون ذات دلالة إحصائية.
تحليل التباين
تم استخدام تحليل التباين لدراسة آثار الخلط المحتملة من العمر موضوع دفعة والمسح الضوئي على ارتباط كبير من التوحد مع انخفاض التباين الكلي. كان التباين في المتغير التابع، والتشخيص (-1 = التوحد، +1 = التحكم)، عمر تخضع، دفعة والمسح الضوئي (-1 = الدفعة 1، +1 = الدفعة 2). أدرجت جميع شروط التفاعل الممكنة أيضا في النموذج. لتحليلاتنا رأيناها على القيمة p من 0.05 إلى تكون ذات دلالة إحصائية.
مربع كاي
النتائج
انخفض التباين الكلي في تدابير تحول سجل في التعبير الجيني يتوقع تشخيص التوحد (الشكلان 1 و 2)
كنا المجهرية لقياس مستويات التعبير من أكثر من 47،000 محاضر فريدة من نوعها بما في ذلك 38،500 الجينات البشرية تتميز جيدا باستخدام 2.0 ميكروأري Affymetrix U133 الإنسان زائد مع RNA تنقيته من الخلايا الليمفاوية في الدم الطرفية من كل 82 طفلا مع حالات متفرقة من التوحد و 64 الضابطة
(الشكل 1). وعلى النقيض من المقارنة بين مستويات التعبير عن الجينات الفردية، قارنا هذا النمط من التوزيع العام للمستويات التعبير الجيني بين الأطفال الذين يعانون من التوحد والضوابط. قياس التباين في توزيع مستويات التعبير الجيني تقييم الاختلافات على المستوى العالمي من تنظيم التعبير الجيني. للحصول على توزيع مثل وضعها الطبيعي، وكانت مستويات التعبير الجيني، تحولت log2. وقد تم قياس التباين الكلي للتوزيع الإجمالي لكل ميكروأري (التخطيطي في
الشكل 1). وكان توزيع مستويات التعبير الجيني على ميكروأرس من الأفراد المصابين بالتوحد تباين انخفضت بالمقارنة مع ميكروأرس من الضوابط
(الشكل 2، ص = 0.006، وتقدير المعلمة = -.45 الأمراض المنقولة جنسيا ديف أقل في التوحد).
تحميل:
وانخفض الرقم 2. التباين الكلي في التعبير الجيني في الخلايا الليمفاوية الدموية المحيطية (PBL) في الأطفال الذين يعانون من التوحد.
كنا المجهرية لقياس مستويات التعبير من أكثر من 47،000 النصوص بما في ذلك 38،500 الجينات البشرية تتميز جيدا باستخدام 2.0 ميكروأري Affymetrix U133 الإنسان زائد على الحمض النووي الريبي من الخلايا الليمفاوية الدموية المحيطية من كل 82 أطفال المصابين بالتوحد و 64 الضابطة. وأظهرت ميكروأرس لا توجد فروق في مستوى المجموعة تدابير مراقبة الجودة. مستويات التعبير ميكروأري تحولت تسجيل وتم حساب التباين الكلي عبر توزيع الكلي للمستويات التعبير على كل ميكروأري. وقد انخفض التباين في التعبير الجيني بشكل ملحوظ في دم الأطفال المصابين بمرض التوحد (ع = 0.006). أشرطة الخطأ تمثل الخطأ المعياري.
دوى: 10.1371 / journal.pone.0016715.g002
لأن كانت مجموعة من الأطفال المصابين بالتوحد الأصغر سنا بكثير من المجموعة الضابطة (التوحد: متوسط - 5.5 سنوات SD - 2.1، والسيطرة: متوسط - 7.9 SD - 2.2، P <0.0001)، ونحن اختبار ما إذا كان سن الموضوع كان له تأثير على العلاقة بين التشخيص والتباين الكلي. وأظهر تحليل التباين المشترك ANCOVA، أنه حتى عندما مراقبة العمر الموضوع، استمر التباين في التعبير الجيني أن انخفضت بشكل ملحوظ من قبل نفس المبلغ في دم الأطفال المصابين بالتوحد مقارنة مع الضوابط (P = 0.018، وتقدير المعلمة = -. 45 الأمراض المنقولة جنسيا ديف أقل في التوحد). عندما أدرج دفعة المسح الضوئي مع التقدم في السن الموضوع في ANCOVA ظل النتائج أيضا معنوي (p = 0.03، وتقدير المعلمة = -.42 الأمراض المنقولة جنسيا ديف أقل في التوحد). الأهم من ذلك، كانت التقديرات المعلمة لعلاقة التشخيص إلى التباين دون تغيير تقريبا في ANCOVAs مشيرا إلى أن زيادة القيم ف أنها مرتبطة الزيادات في درجات الحرية في التحليل، وعدم وجود ارتباط انخفضت.
وأشار الأعمال السابقة في الفئران أن هناك عوامل أو التدخلات التي تعديل السلوك تعتمد على الماوس الحصين أيضا تعديل التباين الكلي في الاتجاه المتوقع
[20]. افترضنا، بالتالي، أن العوامل التي المعدلة خطر لمرض التوحد في عموم السكان قد يغير التباين في التعبير الجيني بطريقة تشبه التباين في التعبير الجيني في الأطفال الذين يعانون من التوحد. تم العثور على عمر الاب في دراسات متعددة أن يكون أحد عوامل الخطر لمرض التوحد والاضطرابات النمائية العصبية الأخرى مثل الفصام والتخلف العقلي
[26]، [28]، [34]، [35]. وجدنا أن في الضوابط، ولكن ليس في الأطفال الذين يعانون من التوحد، وبشكل كبير وسلبي يرتبط التباين الكلي في التعبير الجيني مع التقدم في السن الأب (بيرسون ص = -.283، R 2 = 0.08، ع = 0.03، وتقدير المعلمة = -. 054 الأمراض المنقولة جنسيا ديف / سنة من عمر الاب)
(الشكل 3A). باستخدام تحليل التباين ظلت ANCOVA، نتائج هامة بعد مراقبة العمر الموضوع (ع = 0.046، وتقدير المعلمة = -.052 الأمراض المنقولة جنسيا ديف / سنة من عمر الاب) دفعة والمسح الضوئي (ع = 0.03، وتقدير المعلمة = -. 055 الأمراض المنقولة جنسيا ديف / سنة من عمر الاب). عندما تم إدخالها على حد سواء يفند المحتملة في النموذج بقي تقدير المعلمة دون تغيير، ولكن القيمة ص قليلا فوق 0.05 (P = 0.056، وتقدير المعلمة = -.052 الأمراض المنقولة جنسيا ديف / سنة من عمر الاب). وهكذا، كانت التغيرات المرتبطة بالعمر الأب في التعبير الجيني الفرق في المجموعة الضابطة مماثلة في الاتجاه إلى التغيرات المرتبطة بالتوحد في التباين. نحن أيضا بتقييم العلاقة بين عمر الاب والتباين في التعبير الجيني باستخدام سبيرمان رتبة الارتباط (سبيرمان رو = -.274، تصحيح رو للعلاقات = -.281، ص = 0.04، ص تصحيح للعلاقات = 0.036). استخدام اختبار غير حدودي معالجة أي مخاوف محتملة حول آثار القيم المتطرفة ممكنة (على الرغم من أية قيم كانت أكبر من 3 انحرافات معيارية عن المتوسط) والمشاكل الناجمة عن استخدام توزيعات البيانات غير طبيعية مع الاختبارات المعلمية. ولم توزع قياس التباين في توزيع مستويات التعبير الجيني عادة ضمن مجموعة من الأطفال السيطرة.
تحميل:
زاد الرقم 3. عمر الأب عند الولادة يرتبط سلبا مع التباين الكلي في التعبير الجيني في الخلايا الليمفاوية الدموية المحيطية (PBL) من الأطفال العاديين.
تم العثور على عمر الاب عند الولادة في دراسات متعددة أن يكون أحد عوامل الخطر لمرض التوحد
[26]، [28]، [34]، [35]. وأشار الأعمال السابقة أن هناك عوامل أو التدخلات التي تعديل السلوك تعتمد على الماوس الحصين أيضا تعديل التباين الكلي في التعبير الجيني في الاتجاه المتوقع. في الضوابط
(الشكل 3A) ولكن ليس في الأطفال الذين يعانون من التوحد (لا يظهر)، وبشكل كبير وسلبي يرتبط التباين الكلي في تدابير تحول سجل في التعبير الجيني مع التقدم في السن الأب عند الولادة (ص = -.283، R 2 = 0.08، ص = 0.03، عدد من الموضوعات = 57). لتقييم آثار سن الأب، وكانت أعمار الأب المتاحة ل78 طفلا يعانون من مرض التوحد و57 طفلا السيطرة. للمقارنة مباشرة التباين ميكروأري العام في الأطفال الذين يعانون من التوحد للأطفال الآباء كبار السن، قسمنا المواضيع التي كتبها عمر الأب الوسيط عند الولادة في دراستنا (31 عاما)، وخلق مجموعات 2: 1) الأطفال من الآباء الأصغر سنا (أقل من 31 سنة) (65 المواضيع: 30 الضوابط و35 طفلا يعانون من مرض التوحد)؛ و2) الأطفال من الآباء الأكبر سنا (31 عاما أو أكبر) (70 المواضيع: 27 الضوابط و43 طفلا يعانون من مرض التوحد). قارنا مستويات متوسط التباين الكلي بين الأطفال الذين يعانون من التوحد والضوابط الآباء الأكبر سنا والأصغر سنا. كما هو متوقع، وجدنا أن التباين الكلي هو نفسه في أطفال الآباء كبار السن والأطفال الذين يعانون من التوحد مع الآباء في أي عمر
(الشكل 3B). وجدنا أن جمعية التوحد مع انخفاض وجد التباين الكلي فقط في الأطفال من الآباء الأصغر سنا وتمثل الفرق من 0.78 الانحرافات المعيارية ضمن العينة (ع = 0.0007)
(الشكل 3B). أشرطة الخطأ تمثل الخطأ المعياري.
دوى: 10.1371 / journal.pone.0016715.g003
بسبب زيادة سن الأب والتوحد وتتصل على حد سواء سلبا على التباين الكلي في التعبير الجيني، وكان من المتوقع أن التباين الكلي في التعبير الجيني للأطفال الآباء كبار السن ستكون مماثلة لتلك التي في الأطفال الذين يعانون من التوحد.لتأكيد هذه الفرضية، أجرينا انقسام الوسيط للموضوعات التي كتبها عمر الاب (الوسيط = 31 سنة) وتقييم الاختلافات في التباين الكلي في التعبير الجيني بين الأطفال الذين يعانون من التوحد والضوابط في مجموعات من الأطفال من الآباء الأكبر سنا والأصغر سنا. كما هو متوقع، وجدنا أن التباين الكلي هو نفسه في دم الأطفال من الآباء الأكبر سنا كما في دم الأطفال المصابين بالتوحد من الآباء من جميع الفئات العمرية
(الشكل 3B). وجدنا أن جمعية التوحد مع انخفاض عثر التباين الكلي فقط في الأطفال من الآباء الأصغر سنا (ع = 0.0007)
(الشكل 3B). كما هو متوقع من علاقة سلبية، في التحليل تقسيم الوسط، التباين في التعبير الجيني في دم الأطفال سيطرة الآباء كبار السن وبشكل ملحوظ انخفضت مقارنة للسيطرة على الأطفال من الآباء الأصغر سنا (p = 0.03)
(الشكل 3B).
لتقييم لآلية محتملة الكامنة وراء انخفاض التباين في التعبير الجيني في دم الأطفال المصابين بمرض التوحد أو من الآباء الأكبر سنا، قمنا بتحليل الاختلافات التعبير الجيني محددة بين مجموعات الدراسة. وتمت مقارنة أنماط التعبير الجيني في دم الأطفال المصابين بالتوحد والسيطرة أطفال الآباء كبار السن لأنماط التعبير الجيني في دم الأطفال سيطرة الآباء الأصغر سنا. أولا، لوحظ أن في دم الأطفال المصابين بمرض التوحد والأطفال من آباء كبار السن، كان هناك العديد من كبير ينظم أسفل الجينات أكثر من يصل ينظم الجينات
(الشكل 4A). في المقارنة بين الأطفال المصابين بمرض التوحد للأطفال من الآباء الأصغر سنا، هناك 2093 الجينات التي كانت إلى حد كبير بانخفاض ينظم من قبل ما لا يقل عن 1.1 أضعاف، وفقط 641 الجينات التي يصل تنظيمها. في دم أطفال الآباء كبار السن مقارنة مع الأطفال من الآباء الأصغر سنا كانت هناك 1476 بانخفاض التنظيم و 764 الجينات تصل التنظيم. لتحديد ما إذا كانت نفس الجينات أعلى أو لأسفل التنظيم في الأطفال الذين يعانون من التوحد والأطفال من الآباء كبار السن، قارنا قوائم الجينات وتقييم درجة من التداخل. التداخل بين الجينات التي كانت أسفل أو لأعلى ينظم في الأطفال الذين يعانون من التوحد وكان الأطفال من الآباء الأكبر سنا مهم للغاية. كانت هناك 593 الجينات التي تم تنظيمها أسفل في كل من الأطفال الذين يعانون من التوحد والأطفال من الآباء الأكبر سنا
(الشكل 4B) (مربع كاي 2071، ص <0.000001) و 145 الجينات التي كانت على حد سواء في كل المقارنات (تشي مربع 849 التنظيم حتى، ف <0،000001).
تحميل:
الرقم 4. يتم إثراء الجينات ينظم أسفل لمسارات البيولوجية المتعلقة النسخ والزنك.
وأجريت التحليلات التقليدية التعبير الجيني. تم تجهيز المجهرية وتلخيصها باستخدام الجيش الملكي المغربي. وكانت بعد تلخيص مستويات التعبير الجيني تطبيع quantile بسبب الخلافات مستوى المجموعة المعروفة على مستوى التوزيع. تم تصفيتها مجموعات التحقيق لتلك التي كانت تسمى في الوقت الحاضر لا يقل عن 50 من 146 عينة. الشكل 4A يظهر أن هناك أكثر أسفل التنظيم من الجينات تصل التنظيم في دم الأطفال المصابين بمرض التوحد والأطفال من الآباء كبار السن بالمقارنة مع الأطفال من الآباء الأصغر سنا. يظهر 4B تداخل كبير جدا (خي مربع = 2085، p <0.00001) من الجينات أسفل التنظيم في الأطفال الذين يعانون من التوحد والأطفال من الآباء الأكبر سنا. يوضح الشكل 4C أن تداخل الجينات ينظم أسفل يتم إثراء للمسارات البيولوجية المرتبطة النسخ والزنك.
دوى: 10.1371 / journal.pone.0016715.g004
لتحديد ما إذا تم تخصيب هذه الجينات المتداخلة لبعينها مسارات بيولوجية، وكان يستخدم DAVID لإجراء تحليل المسار. كخلفية، استخدمنا 25146 مجموعات التحقيق التي كانت فوق لدينا خلفية قطع اشتراط أن كانت تسمى في الوقت الحاضر لا يقل عن 50 من أصل 146 عينة. وأشار تحليل المسار الذي مسارات متعددة ترتبط مع تنظيم النسخي وبدعم من قواعد بيانات مستقلة متعددة، مثل GOTERM، BIOCARTA، مرض OMIM، وما إلى ذلك، وقد أثرى داخل مجموعة مشتركة من الجينات التي تم تنظيمها لأسفل في الأطفال الذين يعانون من التوحد والأطفال من الآباء الأكبر سنا
(الشكل 4C). الأهم من ذلك، وجدنا أيضا أن نفس مسارات وقد أثرى في قوائم الجينات التي كانت إلى حد كبير ينظم أسفل ولكن ليس مشتركة بين الأطفال الذين يعانون من التوحد والأطفال من الآباء الأكبر سنا
(الجدول S2)، أي كان هناك تداخل في مسارات بيولوجية حتى عندما تكون محددة كانت الجينات غير متطابقة. مسارات هامة ترتبط بجينات ينظم يصل
(الجدول S3 كانت) أقل في العدد وليس تظهر لتقديم أي فهم الآلية للتغيرات العالمية في تنظيم التعبير الجيني. تحليل المسارات قوائم الجينات تم الحصول عليها باستخدام انقطاع أكثر صرامة (51٪ الحاضر وتغيير 1.25 أضعاف) أبرزت العديد من نفس الممرات المتصلة بالنظام النسخي على الرغم من أن القوائم الجينات أقصر بكثير (72 مقارنة مع 593 الجينات في قائمة متداخلة أسفل تنظيم الجينات)
(الجدول S4).
لتقييم مدى متانة النتائج التي توصلنا إليها، وكانت المجموعات التجريبية مقسمة إلى أداء الإحصائي عبر التحقق من الصحة. على سبيل المثال، تم تقسيم مجموعة من 82 طفلا يعانون من مرض التوحد في 2 مجموعات من 41 طفلا التي كانت متوازنة لعمر الاب ودفعة ميكروأري المسح الضوئي (Autism1 وAutism2)، ومجموعة من الأطفال مع آبائهم كبار السن (> 30 سنة) تم تقسيمها إلى تم تقسيم 2 مجموعات من 14 طفلا (قديم father1 وfather2 قديم)، ومجموعة من الأطفال من الآباء الأصغر سنا (<أو = 30 سنة) إلى 2 مجموعات من 14 طفلا (father1 يونغ ويونغ father2). وفيما يتعلق التباين في التعبير الجيني
(الشكل S1)، عبر التحقق من التوحد مقابل الأطفال من الآباء الشباب بقيت كبيرة في كل التحليلات، في حين أن الفرق بين أطفال الآباء كبار السن والأطفال من الأب الأصغر لم يعد كبيرا (الشكل S1) . وجدت عبر التحقق من صحة باستخدام الارتباط بيرسون ان عمر الاب ارتبط بشكل كبير داخل الجماعة Conrol1 (ع = 0.02) ولكن ليس في المجموعة Control2. إن عدم وجود في التحقق من صحة عريضا من آثار سن الأب يبدو مرتبطا إلى انخفاض القوة نظرا لوجود عدد أصغر من المواضيع لكل مجموعة في تحليل آثار العمر، كما كانت وسيلة من مجموعات فرعية مماثلة لتلك التي من الأطفال الذين يعانون من التوحد
(الرقم S1).
وأشار عبر المصادقة على تحليل المسارات أن هذه النتائج كانت قوية للغاية.قوائم الجينات كبيرة من المجموعات الفرعية (Autism1 مقابل يونغ father1، Autism2 مقابل يونغ father2، قديم father1 مقابل father1 يونغ، وقديم father2 مقابل father2 يونغ) وأشار إلى أنه في جميع الحالات، إلى حد كبير بانخفاض تنظيم الجينات في الأطفال الذين يعانون من التوحد أو الأطفال من وإثراء الآباء الأكبر سنا عن جينات لها دور في النسخ
(الجدول S1). كما لوحظ في هذه التحليلات أنه في جميع الحالات، وقد أثرت أيضا مجموعات من الجينات التي تنظمها باستمرار لإصبع الزنك البروتينات C2H2 وعن جينات لها دور في مسارات الزنك. يوجد الزنك دورا موثقة جيدا في النمو العصبي [36]، [37]،
[38] وأيضا يلعب أي دور مهم في استقرار العديد من البروتينات المشاركة في النسخ
[38]، مما يوحي بأن الآثار بوساطة الزنك على النسخ قد يكون بشكل خاص المهم في المساهمة في الآثار العالمية على التعبير الجيني.وأظهر تحليل المسارات أن المنظمين النسخ وأثرت في مجموعة فرعية من الجينات التي تم تنظيمها لأسفل في الأطفال الذين يعانون من التوحد والتحكم أطفال الآباء كبار السن. وهذا يشير إلى التقلبات النسخ قد تكون الآلية الكامنة وراء التباين انخفاض في التعبير الجيني في هذه المجموعات من الأطفال. لاستكشاف هذه الفرضية، استخدمنا مجموعة البيانات المتاحة علنا لدراسة ما إذا كانت تثبيط النسخ يمكن أن يؤدي إلى تباين انخفضت في التعبير الجيني. في دراسة التعبير الجيني، وهو سرطان الرئة خط الخلية البشرية، A549، تم التعامل مع مثبطات النسخ لمدة أربع ساعات. العلاج مع مستويات عالية من sapphyrin (ن = 3، ص = 0.07)، فئة جديدة من النسخ المانع، أو أكتينوميسين D (ن = 3، ص = 0.04) أدى إلى انخفاض في التباين في التعبير الجيني بالمقارنة مع السيطرة العلاج مع مانيتول
(الشكل 5). لديهم مستويات منخفضة من sapphyrin أي تأثير على التباين في التعبير الجيني. عندما كان يتم تجميع مجموعات الدراسة إلى زيادة القوة، أكتينوميسين D (ن = 3) + sapphyrin عالية (ن = 3) + مانيتول، (ن = 3)، وكان تأثير النسخ تثبيط (ن = 3) مقابل انخفاض sapphyrin على درجة عالية انخفاض كبير في التباين في التعبير الجيني (ع = 0.003)
(الشكل 5).
تحميل:
الرقم 5. مثبطات النسخ تؤدي إلى تباين انخفضت في التعبير الجيني.
بيانات التعبير الجيني من عرض مجموعة البيانات المتاحة علنا أن علاج خط خلية سرطان الرئة مع أكتينوميسين D وجرعة عالية من النتائج sapphyrin في انخفاض التباين في التعبير الجيني بالمقارنة مع العلاج مع مانيتول أو جرعة منخفضة من sapphyrin. أشرطة الخطأ تمثل الخطأ المعياري.
دوى: 10.1371 / journal.pone.0016715.g005
دراسة التباين في توزيع التعبير الجيني يمثل نهجا جديدا لتحليل التعبير الجيني. لأن التغيرات في عدد محدود من الجينات لا يمكن أن تشكل تغييرا في شكل كامل توزيع التعبير الجيني، والتغيرات في التباين تشير التعديلات على المستويين العالمي للتنظيم التعبير الجيني. هذه "الطيور نظرة" من مستويات التعبير الجيني يتناقض مع النهج الذي يركز على الجينات التي تسعى إلى تحديد جينات معينة أو الممرات التي تختلف بين المجموعات. في حين النهج جين معين مفيدة أنها قد يغيب عن التغييرات التي تحدث على الصعيد العالمي من تنظيم التعبير الجيني. النهجين، وبالتالي، تمثل النهج حتى الآن يحتمل أن تكون مجانية متميزة لفهم الحجم الكامل من آثار على تنظيم التعبير الجيني. نحن هنا استخدام نهج جديد لدينا دراسة توزيع التعبير الجيني لربط التباين انخفاض في مستويات التعبير الجيني مع تشخيص مرض التوحد وعوامل الخطر لمرض التوحد، وزيادة سن الأب. نحن أثنى هذا النهج العالمي مع تحليلات محددة الجين الذي أشار إلى أن التغيرات في مستويات عالمية من الجينات تنظيم التعبير قد تكون ذات صلة إلى تغييرات واسعة في تنظيم النسخي. وأخيرا، فإننا عزز الدور المحتمل لتنظيم النسخ بإظهار مع مجموعة البيانات المتاحة علنا يمكن أن تثبيط النسخ، في الواقع، يؤدي إلى انخفاض التباين في توزيع مستويات التعبير الجيني.
مستويات عالمية من تنظيم التعبير الجيني قد تكون ذات أهمية خاصة في فهم الأساس المرضية للأمراض مثل التوحد حيث تتأثر أنظمة متعددة. وهذا صحيح لأن التعديلات على المستوى العالمي من الجينات تنظيم التعبير يمكن أن تكون مشتركة عبر الأنظمة حتى عندما كانت جينات معينة الأنسجة المتأثرة بهذه التغيرات العالمية المختلفة. على سبيل المثال، في الدراسة الحالية، على الرغم من أنماط التعبير الجيني في الدماغ والدم ومن المعروف أن تكون مختلفة، فمن الممكن أن في أدمغة الأطفال المصابين بالتوحد، وانخفض التباين في التعبير الجيني كما هو الحال في الدم. وبالتالي، فمن الممكن أن الوسيط المشترك، وهو تغيير على الصعيد العالمي من تنظيم التعبير الجيني، يمكن أن تقدم تفسيرا موحدا لتأثيرات متعددة النظامية من المرض. من خلال فهم أن مستويات عالمية من تنظيم التعبير الجيني يمكن أن تتعطل في المرض، يصبح من الواضح أن استهداف مستويات عالمية من تنظيم التعبير الجيني قد تكون أيضا العلاجية، وهي فكرة بدعم قوي من العلاجات الناجحة مثل مثبطات HDAC في اضطرابات الصحة العقلية والسرطان
[39 ]. ومن المثير للاهتمام، ومن المعروف أن مثبطات HDAC أن تؤثر على المناعة والغدد الصماء، والنظم العصبية، وبالتالي إعطاء دعم إضافي لفكرة أن استهداف عالميا الجين تنظيم التعبير يمكن أن تؤثر على أنظمة متعددة [14]، [39]، [40]، [41].
جمعية عمر الاب مع التباين الكلي في التعبير الجيني في الدم من الاصحاء مثيرة للاهتمام. في دراستنا، وانخفضت كان التباين في التعبير الجيني عامل خطر لتشخيص مرض التوحد. أن عامل خطر آخر راسخة لمرض التوحد، وزيادة سن الأب، كان مرتبطا مع انخفاض مماثل في التباين يثير احتمال إثارة للاهتمام أن زيادة مخاطر المرتبطة التوحد في الأطفال من الآباء الأكبر سنا يمكن بوساطة التغيرات في مستويات العالمية للتنظيم التعبير الجيني أو بواسطة أبويا تنتقل العوامل المرتبطة بالعمر التي ترتبط التغييرات في التنظيم العالمي في التعبير الجيني. وبعبارة أخرى، لها تأثير على الصعيد العالمي من تنظيم التعبير الجيني ينتقل عن طريق الآباء الأكبر سنا قد تعمل على زيادة احتمال أن التشوهات العصبية النمائية سيحدث وبالتالي زيادة معدلات مرض التوحد لدى الأطفال لآباء كبار السن. تحديد ما إذا كانت هذه الفرضية صحيحة تتطلب دراسة مستقبلية واسعة النطاق التي قيمت النماذج الإحصائية سواء زيادة معدلات مرض التوحد لدى الأطفال لآباء كبار السن تم بوساطة إحصائيا من آثار على التباين في التعبير الجيني.
جمعية التباين في التعبير الجيني مع التقدم في السن الأب هي أيضا مثيرة للاهتمام لأنه يشير إلى أن الآباء قد نقل العوامل التي تؤثر على مستويات عالمية لتنظيم التعبير الجيني في ذرية. وقد سبق المرتبط بالعمر الأب مع النمط الظاهري الجيني آخر، وزيادة طول التيلومير، مشيرا إلى أن، من حيث المبدأ، والخصائص الجينومية العالمية يمكن أن تكون حساسة لعمر الاب [42]، [43]. واقترح الآليات الممكنة لنقل العوامل التي تؤثر على مستويات عالمية من الجينات تنظيم التعبير من قبل جمعية الشيخوخة مع
دي نوفو الجرثومية الطفرات خط والتغيرات العالمية في مثيلة الحمض النووي [44]. كل من هذه الخصائص، إذا تنتقل من الأب إلى الأبناء، يمكن أن تؤثر على التنظيم العالمي في التعبير الجيني. ونظرا للعدد الهائل من التغييرات التعبير الجيني التي تحدث في جميع أنحاء التنمية، فهم الكيفية التي يمكن أن تنتقل الآثار العالمية بشأن تنظيم التعبير الجيني عبر خط الجرثومية للتأثير في نهاية المطاف التباين الكلي في التعبير الجيني في الخلايا المتمايزة يمكن أن يكون حاسما في فهمنا لالجينومية كيف العام وتنتقل الخصائص لوتؤثر على وظيفة من أنواع مختلفة من الخلايا جدا.
أوجه التشابه الدراسة الحالية لعملنا في الفئران تتحمل أيضا مناقشة. وجدنا في الفئران أن هناك عوامل جينية تصرفت أثناء نمو المخ في وقت مبكر للحصول تغييرات في سلوك الكبار التي كانت مصحوبة بتغييرات في التباين في التعبير الجيني [20]. وفي دراسة منفصلة، وجدنا أن نفس السلوك قرن آمون التي تعتمد على أحيلت أبويا لذرية على الرغم من الآباء لم تكن موجودة لتربية يدل على أن جرثومة جينية خط نقل من العوامل التي أثرت على نمو الدماغ والسلوك، والتباين في التعبير الجيني
[45] . في التوحد وعوامل جينية تنتقل من الأب المتعلقة بالعمر كما تم توريط [23]،
[26] وفي الدراسة الحالية كان مرتبطا سن الأب مع وجود اختلافات في التباين في التعبير الجيني في عموم السكان. على الرغم من أنه في حاجة كبيرة إلى مزيد من الدراسة، سواء خطوط العمل تشير إلى وجود جينية تنتقل من الأب العوامل في كل من الفئران والبشر التي يمكن أن تؤثر على نمو الدماغ ومستويات عالمية من تنظيم التعبير الجيني.
تغييرات في التباين الكلي في التعبير الجيني في الخلايا الليمفاوية الدموية المحيطية هي أيضا موضع اهتمام. الأطفال الذين يعانون من مرض التوحد والشذوذات المناعية وذكرت سابقا التي تم العثور عليها الخلافات التعبير الجيني في الخلايا المناعية للأطفال المصابين بالتوحد [8]، [9]، [46]. كان أكثر إثارة للدهشة كان مرتبطا النتائج في هذه الدراسة أن زيادة سن الأب مع نفس العالمي النمط الظاهري التعبير الجيني والتناوبات محددة في المسارات البيولوجية المتعلقة النسخ في الاصحاء كما كان مرتبطا مع تشخيص مرض التوحد. كما تمت مناقشته، وجود علاقة لعمر الاب تشير إلى أن العوامل المؤثرة على الصعيد العالمي من الجينات تنظيم التعبير قد ينتقل عبر خط الجرثومية. بالإضافة إلى ذلك، النتائج في الدم تشير إلى إمكانية آثار سن الأب على وظيفة المناعة. ويقترح جمعية لزيادة سن الأب مع وظيفة جهاز المناعة عن طريق وصلة المشترك بين زيادة سن الأب والاضطرابات النفسية مثل الفصام والاضطراب الثنائي القطب، والتوحد، وجمعية من هذه الاضطرابات مع مجموعة مشتركة من تشوهات المناعية التي تتضمن زيادات في موالية السيتوكينات -inflammatory، IL-1beta وIL-6 [47]، [48]. وهناك تأثير أكثر عمومية من العمر الأب على وظيفة المناعة يبدو معقولا. ارتبط زيادة عمر الاب يعانون من ضعف في القدرة العصبي أثناء الرضاعة والطفولة في عموم السكان
[34] ومع زيادة في "خارجيا" السلوكيات في عموم السكان [49]. نظرا للروابط بين سن الأب، واضطرابات neurodevelopomental، وظائف المناعة، ويبدو أن عمر الأب قد يكون لها أيضا تأثير أكثر المعمم على وظائف المناعة كما تبين أن يكون على النمو العصبي.
وأخيرا، اقترح المناهج التقليدية لتحليل التعبير الجيني آلية محتملة للتغيرات في التعبير الجيني التباين. وجدنا تخصيب عن جينات لها دور في تنظيم النسخي في الجينات التي تم تنظيمها إلى أسفل فيما يتعلق عمر الاب والتوحد. وكان تحليل آثار النسخ تثبيط على التباين الجيني داعمة لفرضية أن أسفل اللائحة من المنظمين النسخي قد تكون مسؤولة عن الفرق انخفضت في التعبير الجيني في الدراسة الحالية. أيضا من الفائدة وجدنا تخصيب للجينات التي تنظمها والزنك، وعنصرا هاما من العديد من عوامل النسخ. منذ أن تم إثبات أن اللدونة العصبية وغالبا ما تعتمد النسخ [50]،
[51]، فإنه يبدو من المعقول أن تغيير في النظام العام من النسخ يمكن أن يؤثر سلبا على النمو العصبي. على الرغم من الحاجة إلى مزيد من الدراسة، واقتراح تحليل المسارات النسخ التقلبات في التوحد يتسق مع النتائج الجينية التي ترتبط طفرات في عوامل النسخ العامة الذين يعانون من اضطرابات النمو العصبي بما في ذلك مرض التوحد [5]. أهمية محتملة من الزنك هي أيضا موضع اهتمام نظرا لتقرير صدر مؤخرا من الزنك نسبة / النحاس انخفضت في الأطفال الذين يعانون من اضطرابات طيف التوحد [52].
عدة أسطر من الأدلة بما في ذلك الربط الجينية [5]،
[6]، الدراسات الدوائية [10]، [11]، [12]،
[53]، وجمعيات لوحظ في الدراسة الحالية تشير إلى أن الاختلافات في مستويات عالمية في التعبير الجيني قد يساهم التنظيم للخطر لاضطرابات النمو العصبي بما في ذلك مرض التوحد. جمعية التباين في التعبير الجيني مع التقدم في السن الأب في الاصحاء تشير إلى أن العوامل المؤثرة على الصعيد العالمي من الجينات تنظيم التعبير قد ينتقل عبر خط الجرثومية. النتائج في الخلايا المناعية تشير إلى أن مستويات عالمية من الجينات تنظيم التعبير قد يؤثر أنظمة أخرى من الدماغ. وأخيرا، يشير تحليل المسارات أن التنظيم تغير من النسخ قد تكمن وراء تناقص والفرق قد تزيد من خطر لمرض التوحد. فهم أكثر دقة للآليات والتأثير البيولوجي للجمعيات ذكرت مع التباين الكلي في التعبير الجيني تمثل مجالات هامة للبحث في المستقبل.
الرقم S1.
عبر التحقق من الصحة. ويصف الشكل تدفق العمل المستخدمة لعبر التحقق من الصحة. لفترة وجيزة، تم تقسيم المجموعات التجريبية في نصف لإنشاء 6 مجموعات فرعية التي كانت توازن لدفعة المسح الضوئي (autism1، autism2، وأطفال fathers1 كبار السن والأطفال من fathers2 كبار السن والأطفال من fathers1 الأصغر سنا، والأطفال من fathers2 الأصغر). أ) يظهر عبر التحقق من صحة التغيرات في التعبير الجيني التباين. وسائل autism1، autism2، father1 كبار السن، والأب الأكبر سنا 2 أقل من وسائل الأب الأصغر 1 و 2، ولكن فقط في المجموعات الفرعية التوحد تختلف اختلافا كبيرا. ب) يدل على تداخل كبير بين الجينات التنظيم إلى أسفل في autism1 مقابل father1 الشباب وautism2 مقابل الشباب father2 (خي مربع = 866.6، p <0.00001). ج) يدل على تداخل كبير في الجينات التنظيم عليها في القديم father1 مقابل father1 الصغار والكبار father2 مقابل father2 الشباب (خي مربع = 10.4، ص = 0.0013).
دوى: 10.1371 / journal.pone.0016715.s001
(TIFF)
الجدول S1.
عبر المصادقة على تحليل المسارات الجينات التنظيم إلى أسفل. وقد تم تحليل المسار على قوائم الجينات كبيرة (P <0.05، التغير المطلق أضعاف> 1.1) من قواعد البيانات عبر المصادقة (autism1 مقابل الأصغر سنا father1، autism2 مقابل father2 الشباب، قديم father1 مقابل father1 الشباب، البالغ من العمر father2 مقابل الد الشاب 2). ويوضح الجدول أن مجموعات البيانات عبر التحقق من صحة أبرزت نفس إثراء المسارات البيولوجية المتعلقة النسخ والزنك.
دوى: 10.1371 / journal.pone.0016715.s002
(PDF)
الجدول S2.
غير متداخلة الجينات ينظم أسفل. وقد تم تحليل المسار على قوائم كبيرة الجين (P <0.05، مطلق التغيير أضعاف> 1.1) من الجينات التي تم تنظيمها أسفل في التوحد أو أطفال الآباء كبار السن وعدم التداخل مع المجموعة الأخرى .
دوى: 10.1371 / journal.pone.0016715.s003
(PDF)
الجدول S3.
يصل ينظم مسارات. وقد تم تحليل المسار على قوائم كبيرة الجين (P <0.05، التغير المطلق أضعاف> 1.1) من الجينات التي كانت في التوحد أو أطفال الآباء كبار السن التنظيم الأعلى.
دوى: 10.1371 / journal.pone.0016715.s004
(PDF)
الجدول S4.
تحليل المسارات مع زيادة صرامة لائحة الجينات الاختيار. وقد تم تحليل المسارات على قوائم كبيرة الجين (P <0.05، التغير المطلق أضعاف> 1.25، والمكالمات الحالية> 51٪) من الجينات التي تم تنظيمها لأسفل في التوحد وأطفال الآباء الأكبر سنا. ويبين الجدول أن نفس مسارات وأثرى كما هو الحال مع أقل صرامة قائمة الجينات الاختيار.
دوى: 10.1371 / journal.pone.0016715.s005
(PDF)